引言:
隨著無(wú)人機(jī)作業(yè)自主性、智能化、多任務(wù)等方面要求的提高,無(wú)人機(jī)從單機(jī)作業(yè)發(fā)展到集群作業(yè),對(duì)多機(jī)集群通信技術(shù)提出了更高的要求。采用多架無(wú)人機(jī)協(xié)同方式,無(wú)人機(jī)之間通過(guò)通訊,進(jìn)行信息共享,擴(kuò)大對(duì)環(huán)境態(tài)勢(shì)的感知,實(shí)現(xiàn)協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同搜索、協(xié)同偵察與攻擊,能有效提高無(wú)人機(jī)集群的生存能力和整體作戰(zhàn)效能。
國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
“蝗蟲(chóng)”(LOCUST)項(xiàng)目
2015年4月16日,美國(guó)海軍研究辦公室公布了低成本無(wú)人機(jī)集群技術(shù)(Low-cost UAV Swarming Technology,LOCUST)項(xiàng)目進(jìn)行的一系列無(wú)人機(jī)集群技術(shù)驗(yàn)證工作。LOCUST項(xiàng)目聚焦于發(fā)展通過(guò)發(fā)射管將大量可進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、自主協(xié)同的無(wú)人機(jī)快速連續(xù)發(fā)射至空中的技術(shù)。美國(guó)海軍研究辦公室于2015年3月在多個(gè)地點(diǎn)完成演示驗(yàn)證工作,其中包括發(fā)射可攜帶不同任務(wù)載荷的郊狼(Coyote)無(wú)人機(jī),并完成了9架無(wú)人機(jī)完全自主同步和編隊(duì)飛行的技術(shù)驗(yàn)證?,F(xiàn)該項(xiàng)目已應(yīng)用到實(shí)際作戰(zhàn)中,并在俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)中大規(guī)模使用。
LOCUST項(xiàng)目自主集群飛行技術(shù)具有三個(gè)顯著特點(diǎn):
① 去中心化,降低系統(tǒng)破壞敏感性
蜂群中的個(gè)體均未處于中心控制地位,在單一平臺(tái)性能受損后仍可有序協(xié)同執(zhí)行任務(wù)。
② 自主化,人員可隨時(shí)干預(yù)
飛行個(gè)體之間具備位置共享及路徑規(guī)劃、感知規(guī)避能力,蜂群根據(jù)設(shè)定自主飛行,將指揮員從繁重的作戰(zhàn)任務(wù)中解放出來(lái),必要時(shí)人員又可隨時(shí)干預(yù)。
③ 自治化,保持集群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
無(wú)人機(jī)自然形成一個(gè)穩(wěn)定的集群結(jié)構(gòu),一旦有任何單個(gè)平臺(tái)因喪失功能脫離群體,新的集群結(jié)構(gòu)排列會(huì)快速自動(dòng)形成并保持穩(wěn)定。
國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
2017年10日,中國(guó)電子科技集團(tuán)公司完成119架固定翼無(wú)人機(jī)集群飛行試驗(yàn),刷新此前2016年珠海航展披露的67架固定翼無(wú)人機(jī)集群試驗(yàn)紀(jì)錄,標(biāo)志著智能無(wú)人集群領(lǐng)域的又一突破。試驗(yàn)中,采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈,119架小型固定翼無(wú)人機(jī)成功演示了密集彈射起飛、空中集結(jié)、多目標(biāo)分組、編隊(duì)合圍、集群行動(dòng)等動(dòng)作。
飛思實(shí)驗(yàn)室無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用
飛思實(shí)驗(yàn)室針對(duì)大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用推出集中式控制和分布式控制兩種集群方案。針對(duì)客戶不同需求和不同應(yīng)用場(chǎng)景,選擇不同的集群控制方式。
集中式控制
飛思實(shí)驗(yàn)室集中式控制無(wú)人機(jī)集群方案采用飛思實(shí)驗(yàn)室自研的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)高帶寬數(shù)據(jù)鏈,針對(duì)不同的載荷和應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)最大30架無(wú)人機(jī)控制。在集中式控制體系中,由地面控制站中的操作人員制定任務(wù)分配方案和無(wú)人機(jī)具體飛行航路,無(wú)人機(jī)本身不具備決策能力,完全按照地面控制站發(fā)出的任務(wù)指令和航路執(zhí)行任務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)是整系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單成本低、分配算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且具備產(chǎn)生全局最優(yōu)解的潛力。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D:
無(wú)人機(jī)的飛行控制信息、吊艙等負(fù)載信息通過(guò)數(shù)據(jù)鏈回傳到地面控制站,地面控制站同時(shí)可對(duì)所有無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和任務(wù)分配。無(wú)人機(jī)相互之間不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,所有數(shù)據(jù)下發(fā)到地面控制站后完成數(shù)據(jù)處理。
分布式控制
飛思實(shí)驗(yàn)室分布式控制無(wú)人機(jī)集群方案采用飛思實(shí)驗(yàn)室自研的自組網(wǎng)高帶寬數(shù)據(jù)鏈,針對(duì)客戶對(duì)不同的載荷和應(yīng)用場(chǎng)景下的帶寬需求,實(shí)現(xiàn)最大30架無(wú)人機(jī)控制。分布式控制體系中無(wú)人機(jī)集群中的無(wú)人機(jī)是具有獨(dú)自決策能力的智能體,它們具有很強(qiáng)的協(xié)同能力和自治性。無(wú)人機(jī)之間以自研的自組網(wǎng)高帶寬數(shù)據(jù)鏈技術(shù)為支撐,無(wú)人機(jī)之間對(duì)所處環(huán)境、任務(wù)目標(biāo)集信息、無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息進(jìn)行交互,綜合考慮各種因素,提出具體的解決任務(wù)分配問(wèn)題的方案和具體步驟,實(shí)現(xiàn)協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同搜索、協(xié)同偵察與攻擊。無(wú)人機(jī)個(gè)體在分布式控制體系下具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、抗干擾能力、計(jì)算量小、計(jì)算復(fù)雜度小等優(yōu)點(diǎn),其主要適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境,中等至大規(guī)模系統(tǒng)中。系統(tǒng)拓?fù)淙缦聢D:
分布式控制無(wú)人機(jī)集群方案各無(wú)人機(jī)搭載自研的自組網(wǎng)高帶寬數(shù)據(jù)鏈和高性能機(jī)載板卡,可實(shí)現(xiàn)各機(jī)之間相互通信,任意組網(wǎng),可實(shí)現(xiàn)星型、網(wǎng)狀、鏈?zhǔn)降榷喾N組網(wǎng)方式,實(shí)現(xiàn)去中心化組網(wǎng),各機(jī)均可和地面控制站通信,飛行個(gè)體之間具備位置共享及路徑規(guī)劃、感知規(guī)避能力,且任何一架無(wú)人機(jī)脫離集群,剩余無(wú)人機(jī)可快速形成新的穩(wěn)定的集群網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)抗毀傷能力強(qiáng)。機(jī)載板卡可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)間信息交互處理、目標(biāo)識(shí)別、航跡自主規(guī)劃、任務(wù)協(xié)同分配,最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)集群協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同搜索、協(xié)同偵察與攻擊。
集群無(wú)人機(jī)
飛思實(shí)驗(yàn)室針對(duì)大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用客戶不同需求和不同應(yīng)用場(chǎng)景,特別研發(fā)了多旋翼和垂直起降固定翼兩種集群無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)性能優(yōu)秀,飛行穩(wěn)定,使用簡(jiǎn)單,一鍵起降。主要應(yīng)用于協(xié)同編隊(duì)、自主偵察探測(cè)、自主目標(biāo)識(shí)別標(biāo)定、自主任務(wù)協(xié)同、slam導(dǎo)航、視覺(jué)跟隨、目標(biāo)識(shí)別、人工智能應(yīng)用等領(lǐng)域。
四旋翼無(wú)人機(jī)TS-X4
項(xiàng)目 | 規(guī)格參數(shù) |
四旋翼無(wú)人機(jī) | |
對(duì)角軸距 | ≤900mm |
★空機(jī)重量 | ≤3.0kg(不含電池) |
★最大載荷能力 | ≥3.0kg |
最大起飛重量 | ≤9.0kg |
★最大滯空時(shí)間 | 自由飛行:≥80min@空載 ★最大滯空時(shí)間 ≥55min@1.5kg 載荷 ≥40min@3kg 載荷 |
定位導(dǎo)航 | 支持北斗/GPS/Galileo/GLONASS |
定位模式 | 支持單點(diǎn)、基站RTK、網(wǎng)絡(luò) RTK 等定位模 定位模式 |
定位精度 | 水平±0.1m,垂直±0.1m(RTK 定位) |
最大上升速度 | ≥5m/s |
最大下降速度 | ≥2m/s |
最大可承受風(fēng)速 | ≥12m/s(6 級(jí)風(fēng)) |
最大飛行海拔 | ≥5000m |
防雨性能 | 中雨(6mm/h) |
飛控功能 | 支持手動(dòng)飛行、一鍵起降、一鍵返航、智能跟隨、航向鎖定、自主航線飛行 |
★安全保護(hù) | 持低電量自動(dòng)返航降落、鏈路失聯(lián)超時(shí) 返航降落、系留供電失效后自動(dòng)啟用備電 降落 |
圖數(shù)一體數(shù)據(jù)鏈 | 傳輸頻率:2.4GHz 最大控制距離:10km(通視、無(wú)干擾) 圖傳分辨率:720P/1080P |
工作環(huán)境溫度 | -20~55℃ |
FVTOL-2400垂直起降無(wú)人機(jī)
材質(zhì)性能:復(fù)合材料(機(jī)身)+碳纖維(艙內(nèi)加固)+EPO(機(jī)翼、機(jī)尾)
翼展 | 2.4m |
起飛重量 | 10~11kg |
最大載重 | 2kg |
空載航時(shí) | 1.5h~3.5h |
空載航程 | 120km~230km |
最大抗風(fēng) | 6級(jí) |
巡航速度 | 72km/h |
總結(jié)
隨著無(wú)人機(jī)、人工智能、邊緣計(jì)算、組網(wǎng)通信等技術(shù)的推進(jìn),以及機(jī)載硬件水平的顯著提升,無(wú)人機(jī)集群受到以中美為首的軍事強(qiáng)國(guó)高度關(guān)注和大力發(fā)展。無(wú)人機(jī)集群也被認(rèn)為能夠顛覆未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)的一種作戰(zhàn)手段,俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)中無(wú)人機(jī)的應(yīng)用恰恰體現(xiàn)了這一點(diǎn)。因此飛思實(shí)驗(yàn)室針對(duì)大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用推出集中式控制和分布式控制兩種集群方案。具有智能化程度高、越障能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、成本低等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)自主偵察探測(cè)、自主目標(biāo)識(shí)別標(biāo)定、自主任務(wù)協(xié)同等,形成非對(duì)稱武器裝備,具有極大應(yīng)用價(jià)值。
2025-09-19 12:22
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